[发明专利]热声装置

说明书

热声装置包括：环管(11)，在环管中密封工作气体；堆叠，在堆叠中在环管(11)的管轴线方向上产生温度梯度，堆叠设置在环管(11)中；和隔膜结构(40)，包括操作单元和设置在环管(11)中的隔膜(39)，隔膜(39)具有在与管轴线方向相交的方向上延伸的表面(39a)且被构造成振动且具有在管轴线方向上的振动分量，并且操作单元(41)被构造成对隔膜(39)施加所需的物理量，以改变隔膜(39)在管轴线方向上的刚度。

技术领域

本发明涉及热声装置。

背景技术

有一种使用热声效应的热声装置，热声效应是热能与声能之间转换的现象(例如，参见日本未审查专利申请公布特开2018-66501(JP 2018-66501 A))。热声装置包括环管和堆叠，在环管中密封有工作气体，堆叠(再生器)设置在环管中。当堆叠中出现温度梯度时，会产生自激声波。声波的能量用于各种任务。

在JP 2018-66501A中公开的热声装置包括设置在环管中的隔膜。通过在适当的位置处设置隔膜，可以放大环管中的声波。也就是说，隔膜可以影响工作气体的压力振动，并且可以提高由热声现象实现的工作效率。

环管中的工作气体的压力的振幅(振幅量)在包括紧接在操作开始之后的初始阶段、过渡时段和在其中操作继续进行的稳定时段的过程中()变化。也就是说，在初始阶段中的环管中的工作气体的压力的振幅(振幅量)、在过渡时段中的振幅(振幅量)和在稳定时段中的振幅(振幅量)可以彼此不同。此外，环管中工作气体的填充压力可能改变。隔膜的厚度等特性极大地影响流体(即，工作气体)的移动。因此，如果隔膜具有根据工作气体的压力振幅和填充压力而变化的特性，则可以进一步提高由热声现象实现的工作效率。迄今为止，为了改变隔膜的特性，必须替换隔膜并重新组装装置。

发明内容

本发明提供了一种热声装置，该装置能够提高由热声现象实现的工作效率，而无需替换隔膜。

本发明的一个方面涉及热声装置。该热声装置包括：环管，在所述环管中密封工作气体；堆叠，在所述堆叠中，在所述环管的管轴线方向上产生温度梯度，所述堆叠被设置在所述环管中；和隔膜结构，所述隔膜结构包括隔膜和操作单元，所述隔膜被设置在所述环管中，所述隔膜具有在与所述管轴线方向相交的方向上延伸的表面，并且所述隔膜被构造成振动且具有在所述管轴线方向上的振动分量，并且所述操作单元被构造成对所述隔膜施加所需的物理量，以改变所述隔膜在所述管轴线方向上的刚度。隔膜的特性影响工作气体的移动。因此，在热声装置中，在不替换隔膜的情况下改变隔膜的刚度。这使得有可能提高由热声现象实现的工作效率。

所述隔膜可以是具有逆压电效应的薄膜构件；并且所述操作单元可以包括电极和电源，所述电极被构造成在所述隔膜中产生电位差，所述电源被构造成对所述电极施加电压。在这种情况下，电极设置在隔膜上，并且电源经由电极向隔膜施加电压。因此，能够通过逆压电效应使隔膜变形，并且能够改变隔膜的刚度。

所述隔膜可以被构造成基于所述物理量在沿着所述表面的方向上膨胀和收缩；所述隔膜结构可以进一步包括约束构件，所述约束构件约束所述隔膜的周部；并且所述隔膜的一个区域可以被构造成在所述管轴线方向上振动，所述隔膜的所述区域离所述隔膜的中心比所述周部离所述隔膜的中心近。利用上述构造，隔膜在其周部处受到约束。因此，当隔膜在沿着表面的方向上膨胀时，隔膜在管轴线方向上的刚度减小。相反，当隔膜在沿着表面的方向上收缩时，隔膜在管轴线方向上的刚度增大。

所述隔膜结构可以进一步包括电子控制单元，所述电子控制单元被构造成执行控制以改变对所述隔膜施加的所述物理量。在这种情况下，能够根据热声装置的状态不同地改变隔膜的刚度。